Java如何正確的使用wait-notify方法你知道嗎
問題:
sleep() 和 wait() 有什麼區別?
1. sleep(long n) 和 wait(long n) 的區別
(1) sleep 是 Thread 方法,而 wait 是 Object 的方法 ;
(2) sleep 不需要強制和 synchronized 配合使用,但 wait 需要 和 synchronized 一起用 ;
(3) sleep 在睡眠的同時,不會釋放對象鎖的,但 wait 在等待的時候會釋放對象鎖 ;
(4) 它們 狀態 TIMED_WAITING;
@Slf4j public class Test1 { private static final Object lock = new Object(); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { new Thread(()->{ synchronized (lock){ log.debug("t1線程獲得鎖...."); try { Thread.sleep(20000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } },"t1").start(); // 等待1s,讓線程去執行t1線程 Thread.sleep(1000); // 獲取不到鎖,因為t1線程在睡眠期間並不會釋放鎖 synchronized (lock){ log.debug("主線程想要獲取鎖...."); } } }
執行sleep()方法後的結果:在線程t1睡眠期間,主線程沒有獲得鎖
10:34:34.574 [t1] DEBUG com.example.test.Test1 – t1線程獲得鎖….
@Slf4j public class Test1 { private static final Object lock = new Object(); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { new Thread(()->{ synchronized (lock){ log.debug("t1線程獲得鎖...."); try { lock.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } },"t1").start(); // 等待1s,讓線程去執行t1線程 Thread.sleep(1000); // 獲取不到鎖,因為t1線程在睡眠期間並不會釋放鎖 synchronized (lock){ log.debug("主線程想要獲取鎖...."); } } }
執行wait()方法後的結果:線程t1等待20s,在線程t1等待期間,主線程獲得瞭鎖
10:36:22.723 [t1] DEBUG com.example.test.Test1 – t1線程獲得鎖….
10:36:23.721 [main] DEBUG com.example.test.Test1 – 主線程想要獲取鎖….
2. 正確使用wait-notify方法 [while(條件)+wait]
場景:有幾個小孩都想進入房間內使用算盤(CPU)進行計算,老王(操作系統)就使用瞭一把鎖(synchronized)讓同一時間隻有一個小孩能進入房間使用算盤,於是他們排隊進入房間。
(1) 小南最先獲取到瞭鎖,進入到房間內,但是由於條件不滿足(沒煙幹不瞭活),小南不能繼續進行計算 ,但小南如果一直占用著鎖,其它人就得一直阻塞,效率太低。
(2) 於是老王單開瞭一間休息室(調用 wait 方法),讓小南到休息室(WaitSet)等著去瞭,這時鎖釋放開, 其它人可以由老王隨機安排進屋
(3) 直到小M將煙送來,大叫一聲 [ 你的煙到瞭 ] (調用 notify 方法)
(4) 小南於是可以離開休息室,重新進入競爭鎖的隊列
下面我們看如何正確的實現這個場景
2.1 問題1
@Slf4j public class Test2 { private static final Object room = new Object(); // 是否有煙,默認沒有 private static boolean hasCigarette = false; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { new Thread(()->{ synchronized (room){ log.debug("有煙沒?[{}]", hasCigarette); if(!hasCigarette){ log.debug("沒煙,先歇會!"); try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } log.debug("有煙沒?[{}]", hasCigarette); if(hasCigarette){ log.debug("有煙,[{}],可以開始幹活瞭", hasCigarette); } } },"小南").start(); // 其他5個線程也想獲取鎖進入房間 for(int i=0;i<5;i++){ new Thread(()->{ synchronized (room){ log.debug("可以開始幹活瞭"); } },"其他人").start(); } // 主線程等待1s Thread.sleep(1000); // 因為小南線程使用sleep()方法,因此他在睡眠期間並不釋放鎖,送煙的沒辦法拿到鎖進入房間送煙 new Thread(()->{ synchronized (room){ hasCigarette = true; } },"送煙的").start(); } }
執行結果:
11:10:50.556 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 – 有煙沒?[false]
11:10:50.565 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 – 沒煙,先歇會!
11:10:52.565 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 – 有煙沒?[false]
11:10:52.565 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 – 可以開始幹活瞭
11:10:52.565 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 – 可以開始幹活瞭
11:10:52.565 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 – 可以開始幹活瞭
11:10:52.565 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 – 可以開始幹活瞭
11:10:52.565 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 – 可以開始幹活瞭
(1) 小南線程在睡眠期間並不釋放鎖,因此其他線程線程也沒辦法獲取到鎖進入房間,送煙線程就沒辦法送煙;
(2) 其它幹活的線程,都要一直阻塞,效率太低 ;
要解決上述的問題,需要使用wait-notify機制
2.2 問題2
@Slf4j public class Test2 { private static final Object room = new Object(); // 是否有煙,默認沒有 private static boolean hasCigarette = false; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { new Thread(()->{ synchronized (room){ log.debug("有煙沒?[{}]", hasCigarette); if(!hasCigarette){ log.debug("沒煙,先歇會!"); try { room.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } log.debug("有煙沒?[{}]", hasCigarette); if(hasCigarette){ log.debug("有煙,[{}],可以開始幹活瞭", hasCigarette); } } },"小南").start(); // 其他5個線程也想獲取鎖進入房間 for(int i=0;i<5;i++){ new Thread(()->{ synchronized (room){ log.debug("可以開始幹活瞭"); } },"其他人").start(); } // 主線程等待1s Thread.sleep(1000); // 送煙的,喚醒正在睡眠的小南線程 new Thread(()->{ synchronized (room){ hasCigarette = true; room.notify(); } },"送煙的").start(); } }
執行結果:
11:21:36.775 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 – 有煙沒?[false]
11:21:36.780 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 – 沒煙,先歇會!
11:21:36.780 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 – 可以開始幹活瞭
11:21:36.780 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 – 可以開始幹活瞭
11:21:36.781 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 – 可以開始幹活瞭
11:21:36.781 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 – 可以開始幹活瞭
11:21:36.781 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 – 可以開始幹活瞭
11:21:37.773 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 – 有煙沒?[true]
11:21:37.774 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 – 有煙,[true],可以開始幹活瞭
解決瞭其他線程阻塞問題,但是如果有其他線程也在等待呢?就是說等待的線程不止小南一個,那麼會不會喚醒錯瞭呢?
2.3 問題3
@Slf4j public class Test2 { private static final Object room = new Object(); // 是否有煙,默認沒有 private static boolean hasCigarette = false; // 是否有外賣,默認沒有 static boolean hasTakeout = false; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { new Thread(()->{ synchronized (room){ log.debug("有煙沒?[{}]", hasCigarette); if(!hasCigarette){ log.debug("沒煙,先歇會!"); try { room.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } log.debug("有煙沒?[{}]", hasCigarette); if(hasCigarette){ log.debug("有煙,[{}],可以開始幹活瞭", hasCigarette); }else { log.debug("沒幹成活.."); } } },"小南").start(); new Thread(()->{ synchronized (room){ log.debug("有外賣沒?[{}]", hasTakeout); if(!hasTakeout){ log.debug("沒外賣,先歇會!"); try { room.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } log.debug("有外賣沒?[{}]", hasTakeout); if(hasTakeout){ log.debug("有外賣,[{}],可以開始幹活瞭", hasTakeout); }else{ log.debug("沒幹成活.."); } } },"小女").start(); // 主線程等待1s Thread.sleep(1000); new Thread(()->{ synchronized (room){ hasTakeout = true; log.debug("外賣到瞭...."); room.notify(); } },"送外賣的").start(); } }
執行結果:送外賣的應該叫醒小女但是卻把小南叫醒瞭
11:31:50.989 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 – 有煙沒?[false]
11:31:50.994 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 – 沒煙,先歇會!
11:31:50.994 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 – 有外賣沒?[false]
11:31:50.994 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 – 沒外賣,先歇會!
11:31:51.987 [送外賣的] DEBUG com.example.test.Test2 – 外賣到瞭….
11:31:51.988 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 – 有煙沒?[false]
11:31:51.988 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 – 沒幹成活..
notify 隻能隨機喚醒一個 WaitSet 中的線程,這時如果有其它線程也在等待,那麼就可能喚醒不瞭正確的線程,稱之為【虛假喚醒】
2.4 問題4
解決方法:改為 notifyAll
new Thread(()->{ synchronized (room){ hasTakeout = true; log.debug("外賣到瞭...."); room.notifyAll(); } },"送外賣的").start();
執行結果:
11:34:24.789 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 – 有煙沒?[false]
11:34:24.798 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 – 沒煙,先歇會!
11:34:24.798 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 – 有外賣沒?[false]
11:34:24.802 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 – 沒外賣,先歇會!
11:34:25.794 [送外賣的] DEBUG com.example.test.Test2 – 外賣到瞭….
11:34:25.794 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 – 有外賣沒?[true]
11:34:25.794 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 – 有外賣,[true],可以開始幹活瞭
11:34:25.794 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 – 有煙沒?[false]
11:34:25.795 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 – 沒幹成活..
從結果可以看出小女幹成活,小南沒有幹成活。既然送煙的沒到,小南應該繼續等待才行,等送煙的來瞭再幹活。
用 notifyAll 僅解決某個線程的喚醒問題,但使用 if + wait 判斷僅有一次機會,一旦條件不成立,就沒有重新判斷的機會瞭
2.5 最終結果
@Slf4j public class Test2 { private static final Object room = new Object(); // 是否有煙,默認沒有 private static boolean hasCigarette = false; // 是否有外賣,默認沒有 static boolean hasTakeout = false; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { new Thread(()->{ synchronized (room){ log.debug("有煙沒?[{}]", hasCigarette); while (!hasCigarette){ log.debug("沒煙,先歇會!"); try { room.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } log.debug("有煙沒?[{}]", hasCigarette); if(hasCigarette){ log.debug("有煙,[{}],可以開始幹活瞭", hasCigarette); }else { log.debug("沒幹成活.."); } } },"小南").start(); new Thread(()->{ synchronized (room){ log.debug("有外賣沒?[{}]", hasTakeout); if(!hasTakeout){ log.debug("沒外賣,先歇會!"); try { room.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } log.debug("有外賣沒?[{}]", hasTakeout); if(hasTakeout){ log.debug("有外賣,[{}],可以開始幹活瞭", hasTakeout); }else{ log.debug("沒幹成活.."); } } },"小女").start(); // 主線程等待1s Thread.sleep(1000); // 送煙的,喚醒正在睡眠的小南線程 new Thread(()->{ synchronized (room){ hasTakeout = true; log.debug("外賣到瞭...."); room.notifyAll(); } },"送外賣的").start(); } } @Slf4j public class Test2 { private static final Object room = new Object(); // 是否有煙,默認沒有 private static boolean hasCigarette = false; // 是否有外賣,默認沒有 static boolean hasTakeout = false; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { new Thread(()->{ synchronized (room){ log.debug("有煙沒?[{}]", hasCigarette); while (!hasCigarette){ log.debug("沒煙,先歇會!"); try { room.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } log.debug("有煙沒?[{}]", hasCigarette); if(hasCigarette){ log.debug("有煙,[{}],可以開始幹活瞭", hasCigarette); }else { log.debug("沒幹成活.."); } } },"小南").start(); new Thread(()->{ synchronized (room){ log.debug("有外賣沒?[{}]", hasTakeout); if(!hasTakeout){ log.debug("沒外賣,先歇會!"); try { room.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } log.debug("有外賣沒?[{}]", hasTakeout); if(hasTakeout){ log.debug("有外賣,[{}],可以開始幹活瞭", hasTakeout); }else{ log.debug("沒幹成活.."); } } },"小女").start(); // 主線程等待1s Thread.sleep(1000); // 送煙的,喚醒正在睡眠的小南線程 new Thread(()->{ synchronized (room){ hasTakeout = true; log.debug("外賣到瞭...."); room.notifyAll(); } },"送外賣的").start(); } }
執行結果:當沒煙的時候,小南線程繼續等待,等待下一次判斷有煙的時候再幹活
11:38:36.206 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 – 有煙沒?[false]
11:38:36.212 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 – 沒煙,先歇會!
11:38:36.212 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 – 有外賣沒?[false]
11:38:36.212 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 – 沒外賣,先歇會!
11:38:37.205 [送外賣的] DEBUG com.example.test.Test2 – 外賣到瞭….
11:38:37.205 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 – 有外賣沒?[true]
11:38:37.205 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 – 有外賣,[true],可以開始幹活瞭
11:38:37.205 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 – 沒煙,先歇會!
使用wait-notify的正確姿勢:
synchronized(lock) { while(條件不成立) { lock.wait(); } } //另一個線程 synchronized(lock) { lock.notifyAll(); }
調用wait()和notify()系列方法進行線程通信的要點如下:
(1) 調用某個同步對象locko的wait()和notify()類型方法前,必須要取得這個鎖對象的監視鎖,所以wait()和notify()類型方法必須放在synchronized(locko)同步塊中,如果沒有獲得監視鎖,JVM就會報IllegalMonitorStateException異常。
(2) 調用wait()方法時使用while進行條件判斷,如果是在某種條件下進行等待,對條件的判斷就不能使用if語句做一次性判斷,而是使用while循環進行反復判斷。隻有這樣才能在線程被喚醒後繼續檢查wait的條件,並在條件沒有滿足的情況下繼續等待。
總結
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